دستورالعمل اندازه گیری مقاومت الکترود زمین و مقاومت ویژه خاک
١-هدف و دامنه کاربرد
این دستورالعمل در راستای اجرای مواد ١٣-٢-٥ و پ١-٩-٤ مبحث سیزدهم و اجرایی نمودن بند ٢٢-٧-٨ مبحث بیست‌و دوم مقررات ملی ساختمان، به منظور اندازه گیری مقاومت الکتریکی الکترودهای زمین و مقاومت ویژه خاك در کلیه ساختمانهای تحت پوشش مقرارت ملی ساختمان تهیه شده است.
٢- مراجع الزامی
- مدارك زیر حاوی مقرراتی است که در متن این دستورالعمل به آنها ارجاع شده است. در صورتی که به مدرکی با ذکر تاریخ انتشار ارجاع داده شده باشد، اصلاحیه‌ها و تجدیدنظرهای بعدی آن مورد نظر این دستورالعمل نیست. در مورد مدارکی که بدون ذکر تاریخ انتشار به آنها ارجاع داده شده است، همواره آخرین تجدید نظر و اصلاحیه‌های بعدی آنها مورد نظر است.
- مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان (طرح و اجرای تاسیسات برقی ساختمانها)
- مبحث بیست و دوم مقررات ملی ساختمان (مراقبت و نگهداری از ساختمانها)
- IEC 60364 -6:2016, Low voltage electrical installations -Part 6: Verification
- IEC 61010, Safety requirements for electrical equipment for measurement, control, and laboratory use
- IEC 61577, Radiation protection instrumentation – Radon and radon decay product measuring instrument
٣- تعاریف و کلمات اختصاري
٣-١- مقاومت الکترود زمین (Resistance Earth)
امپدانس الکترود زمین عبارت است از امپدانس مابین یک الکترود، شبکه یا سیستم زمین و زمین دور پس از خارج کردن پارامتر راکتانس. البته در این دستورالعمل با توجه به این که بخش راکتیو امپدانس ناچیز است، از واژه مقاومت زمین به‌جای امپدانس زمین استفاده می‌شود.
در اصل مقاومت الکترود زمین، مقاومت آن الکترود نسبت به جرم کلی زمین است.
در استاندارهای اروپایی معمولاً برای زمین کردن واژه Earthing و در استاندارهای آمریکایی واژه Grounding متداول است. این دو واژه، کاملاً یکسان بوده و در این دستورالعمل از هر دو واژه استفاده شده است.
٣-٢- مقاومت ویژه خاك (Soil (earth) Resistivity)
مقداری است که نشان می‌دهد یک حجم معینی از خاك (مکعبی از خاك به طول و عرض و ارتفاع یک متر) چقدر در برابر عبور جریان الکتریکی مقاومت می‌کند و واحد آن اهم-متر یا اهم-سانتی‌متر است.
٣-٣- الکترود زمین (Earth Electrode)
قطعه هادی که در خاك یا یک محیط هادی خاص (مانند بتن) و درتماس الکتریکی مستقیم با زمین جاسازی شدهاست.
٣-٤- مقاومت متقابل الکترودهاي زمین (Mutual Resistance of Earthing Electrodes)
تغییرات ولتاژ در یک الکترود که به‌دلیل تغییرات جریان درالکترود دیگر به‌وجود می‌آید و با واحد اهم بیان می‌شود.
٣-٥- زمین دور (Remote Earth)
یک مفهوم تئوری است که به یک الکترود زمین با امپدانس صفر که در یک فاصله بینهایت دور از زمین تحت آزمون قرار دارد، اطلاق می‌شود. در عمل، زمین دور تا جایی که مقاومت متقابل مابین زمین تحت آزمون و الکترود آزمون ناچیز است نزدیک انتخاب می‌شود.زمین دور معمولاً به عنوان پتانسیل صفر در نظر گرفته می‌شود.
٣-٦- ولتاژ انتقالی (Transferred Voltage)
حالت خاصی از ولتاژ تماس است که در اثر عبور جریانهای بزرگ اتصال کوتاه از الکترود یا اتصال زمین به بدنه‌های هادی انتقال می‌یابد.
٣-٧- پایانه زمین اصلی (Main Earthing Terminal (Main Earthing Busbar))
ترمینال یا شینه‌ای که بخشی از سیستم زمین یک تأسیسات است و امکان اتصال الکتریکی تعدادی از هادیها را به‌منظور زمین کردن فراهم می‌کند.
٣-٨- الکترود زمین کمکی (Auxiliary Earth Electrode)
یک الکترود زمین که براساس شرایط عملکرد سیستم، طراحی خاص خود را دارد. وظیفه اصلی این الکترود ممکن است موردی به‌جز هدایت جریان خطای اتصالی به زمین باشد.
٣-٩- پتانسیل زمین (Earth Potential)
پتانسیل الکتریکی زمین اطراف یک الکترود نسبت به جرم کلی زمین است که هنگام عبور جریان از الکترود به زمین، بر روی سطح زمین یا داخل آن ایجاد می‌شود.
٣-١٠- سیستم زمین (Earthing System)
مجموعه‌ای از اتصالات و تجهیزات که برای زمین کردن یک سیستم به صورت جداگانه یا مشترك مورد نیاز است.
٤- ایمنی
اقدامات احتیاطی لازم برای برقراری ایمنی در هنگام کار و انجام آزمون بر روی سیستم زمین، همواره می‌بایست در نظر گرفته شوند به همین خاطر هنگام اندازه گیری مقاومت الکترود زمین، بایستی موارد زیر رعایت گردد:
١- کلیه اندازه گیری‌ها باید توسط فرد یا افراد کارآزموده و ماهر انجام شود.
٢- انجام اندازه گیری مقاومت الکتریکی سیستم اتصال زمین در روزهای طوفانی، بارانی و یا مواقعی که احتمال وقوع صاعقه باشد مجاز نیست.
٣- استفاده از لوازم حفاظت فردی مانند دست‌کش عایق و کفش کار مناسب در هنگام اندازه گیری الزامی است.
٤-جهت انجام آزمون از تجهیزاتی استفاده شود که استاندارد IEC-61010 را برای ایمنی و استاندارد IEC-61557 را برای کارآیی، دارا باشند.
٥- مسیر آزمون باید به نحوی انتخاب شود که خطرات احتمالی به حداقل برسد. در این راستا بهتر است مسیر انتخابی با خیابانهای پر رفت و آمد یا پیادهروهای شلوغ، تلاقی نداشته باشد و از علائم و نشانه‌های مناسب، حین آزمون استفاده شود.
٦- فرد کارآزموده و ماهر همواره باید در ارتباط کامل با افرادی باشد که در محل آزمون حضور دارند و قرار است میل‌های آزمون را در نقاط دور جابجا نمایند.
٧- قطع برق تأسیسات (حتی پست برق) ممکن است منجر به بی‌برق شدن سیستم زمین نشود زیرا ولتاژ می‌تواند از طریق پست‌های مجاور (با استفاده از نول فشار ضعیف، شیلد کابل‌ها و غیره) به خاطر کلیدزنی و یا وقوع خطا در آن، به سیستم زمین منتقل شود به همین دلیل قبل از اقدام به اندازه گیری مقاومت الکتریکی الکترودهای زمین باید نسبت به سنجش ولتاژهای سرگردان برروی سیستم زمین و قابل قبول بودن آن، اطمینان حاصل نمود.
٨- پیش از جداکردن یک الکترود از سیستم زمین بایستی از عدم وجود جریانهای بزرگ در آن اطمینان حاصل نمود.
٩- نباید تمامی الکترودهای زمین یک سیستم را یک‌جا قطع نمود، مگرآنکه تأسیسات مربوطه از قبل به طور کامل بی‌برق شده باشد.
٥- کلیات
٥-١- لزوم اندازه گیري
بر اساس ماده ١٣-٢-٥ “تاسیسات الکتریکی را باید قبل از شروع بهرهبرداری و یا پس از هر تغییر عمده در آن، آزمود تا نسبت به صحت کارهای انجام شده طبق این مقررات اطمینان حاصل شود.“ همچنین براساس بند پ١-٩-٤ مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان “در پایان کار احداث هر الکترود زمین و از آن پس به صورت دورهای باید مقاومت آن را نسبت به جرم کلی زمین به کمک دستگاههای قابل‌قبول برای انجام این کار و توسط افراد کارآزموده اندازه گیری کرد و اگر تغییرات قابل ملاحظه‌ای در مقاومت الکتریکی مشاهده شد نسبت به توسعه سیستم اتصال زمین یا احداث الکترودهای جدید اقدام نمود.“
علاوه بر آن بر اساس ماده ٢٢-٧-٨-٥ مبحث بیست و دوم مقررات ملی ساختمان “آزمون اندازه گیری مقاومت الکترود زمین باید با استفاده از تجهیزات و روشهای تأیید شده به صورت دورهای انجام شود.“
٥-٢- فرد کارآزموده
فرد کارآزموده کسی است که دارای پروانه اشتغال معتبر در رشته تاسیسات برقی ساختمان از وزارت راه و شهرسازی بوده و دانش و مهارت لازم در زمینه اتصال زمین را فراگرفته و صلاحیت مربوطه را از مراجع ذی‌صلاح دریافت کرده است. این فرد باید عملیات اندازه گیری را شخصاً انجام دهد. علاوه بر آن تفسیر نتایج اندازه گیری و اعتبارسنجی آن نیز باید توسط همین فرد انجام شود.
تبصره: منظور از تفسیر نتایج اندازه گیری، مشخص نمودن صحت، دقت، تعیین مقدار واقعی مقاومت و پیشنهاد زمان اندازه گیری بعدی براساس نتایج حاصل از اندازه گیری و پیشنهاد روشهای اصلاحی است.
یادآوری: تطبیق نتایج آزمون با مقررات ملی، برعهده مهندس ناظر تأسیسات برقی ساختمان مورد نظر است.
٥-٣- دستگاه قابل قبول
دستگاه قابل قبول، ارتسنجی است که استاندارد بوده و دارای گواهی کالیبراسیون معتبر باشد. فرکانس منبع جریان این دستگاه باید با فرکانس شبکه و هارمونیک‌های آن متفاوت بوده و حتی‌الامکان نزدیک به فرکانس شبکه برق باشد.
علاوه برآن یک دستگاه قابل قبول باید بتواند مقاومت حداقل یک اهم را با دقت کافی و با هر یک از روشهایی که از نظر این دستورالعمل معتبر است، اندازه گیری نماید.
٥-٤- زمان اندازهگیري
به‌دلیل ارتباط مقدار مقاومت الکترودهای زمین به شرایط محیطی (مانند دما و رطوبت خاك) اندازه گیری یک الکترود معین در زمانهای مختلف، نتایج متفاوتی را به‌دست می‌دهد بنابراین باید این موضوع در تفسیر نتایج اندازه گیری مورد توجه قرار گیرد.
٥-٥- روشهاي قابل قبول
در این دستورالعمل روشهای اندازه گیری قابل قبول، اولویت‌ها و محدودیت‌های این روشها ارائه شده است. در صورتی که به‌دلایل موجه نتوان از این روشها استفاده کرد، می‌توان از روشهای دیگری که در استانداردهای مندرج در پیوست ٦ مبحث سیزدهم مقررات ملی ساختمان ذکر شده، با رعایت کاربرد، دقت، اولویت‌ها و سایر عوامل مؤثر استفاده نمود.
٥-٦- قابلیت استناد نتایج اندازهگیري
نتایج اندازه گیری مقدار مقاومت سیستم زمین به شرطی ارزشمند بوده و از نظر مطابقت با مقررات ملی و حصول ایمنی در ساختمان قابل استناد است که اندازه گیری در بدترین شرایط تست انجام شده باشد.
٥-٧- دقت اندازهگیري
اندازه گیری مقدار مقاومت سیستم زمین کار آسانی محسوب نشده و در عمل پارامترهای مختلفی اندازه گیری را با خطا مواجه می‌کند. بر اساس استاندارد BS-7430 رسیدن به دقت ٢ % قابل قبول بوده ولی با این حال در اغلب موارد دقت ٥ % هم قابل قبول در نظر گرفته می‌شود.
٥-٨- دستگاه اندازهگیري مقاومت اتصال زمین (ارت سنج)٥
این دستگاه از یک منبع جریان متناوب، یک دستگاه آمپرمتر، یک دستگاه ولت‌متر و یک صفحه نمایش تشکیل می‌شود. نمایشگر دستگاه، حاصل تقسیم ولتاژ بر جریان اندازه گیری شده را به عنوان مقدار مقاومت نشان می‌دهد.
قاعدتاً این دستگاه دارای چهار ترمینال خروجی به نامهای P1، P2، C1 و C2 می‌باشد. برخی دستگاهها تنها دارای سه ترمینال خروجی می‌باشد که معمولاً با حروف P, E وC نامگذاری می‌گردند. به دستگاههایی که دارای چهار ترمینال خروجی هستند، “چهار سیمه“ (شکل ١) و به دستگاههای دارای سه ترمینال خروجی، “ سه‌سیمه“ (شکل ٢) گفته می‌شود.
شکل (١): دستگاه ارت سنج نمونه (چهار سیمه) شکل (٢): دستگاه ارت سنج نمونه (سه سیمه)
دستگاه های چهارسیمه به دلیل دارا بودن قابلیت ”اندازه گیری مقاومت ویژه خاك“ و همچنین دقت بالا در اندازه گیری مقاومت الکترودهای زمین با مقادیر پایین، بر دستگاه سه‌سیمه ارجحیت دارند.
٦- انواع روش هاي اندازهگیري مقاومت الکترودهاي زمین
مقاومت هر نوع الکترود زمین اعم از ساده، اساسی و شبکه همبند به صورت جداگانه و یا متصل به هم باید حداقل با یکی از روشهای زیر اندازه گیری شود:
الف- روشهاي افت پتانسیل
١- روش کلاسیک
٢- روش %٦٢
٣- روش شیب
٤- آزمون ٩٠/ ١٨٠
٥- تکنیک‌چیدمان مثلثی
٦- تکنیک الکترود متصل
ب- روشهاي بدون میل
١- روش دونقطه (ارت مرده)
٢-روش تزریق‌جریان(کلمپی)
٣- روش سه‌نقطه
ج- روش امپدانس حلقه
